大気中のラマン散乱現象を利用したレーザービーム品質の非接触モニタリング

利用大气中的拉曼散射现象非接触式监测激光束质量

• 批准号: 22K04768
• 负责人: 宮崎 浩一
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kurume National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04768/
• 关键词: レーザー; ビーム品質; ラマン散乱; ビームプロファイル

本研究の目的は、レーザー加工等に用いられる高出力レーザーのレンズ集光時のビーム品質を、加工時に発生する微粒子によるミー散乱や迷光等のノイズの影響を抑制し、ビームを遮らずに非接触でモニタリングできる、大気中の気体分子によるラマン散乱現象を利用した測定法を確立することである。昨年度は、散乱光測定のための光学系の設計および測定装置の準備を行った。光学系の設計において、YAGレーザーの第二高調波を測定対象とし、ビーム品質計測に関する国際規格を満たすように、レーザー光をレンズで集光したときのビームウェイストでの空間分解能を1/20以下とし、ビームウェイスト前後のレイリーレンジの5倍の長さで発生した気体散乱光を測定することとした。この散乱光をビーム軸に対して直方向からイメージセンサ上に集光するには、縦横で倍率が異なるアナモルフィックレンズが必要であることがわかった。上記の規格を満たすように光学系の倍率を決定し、この光学系でビーム品質を測定可能なレーザー集光レンズの焦点距離を求めた。CT法によりビームプロファイルを求めるには、ビーム断面において線積分した散乱光がイメージセンサの各画素へ入射するように、散乱光の波長と光学系のF値に比例する回折限界で決まる分解能がメージセンサの画素サイズ以下で、分解能とF値に比例する被写界深度がレーザー光のビーム径より長い、光学系が必要であることがわかった。設計した光学系においてレーザーのエネルギーとイメージセンサにおける光電子数の関係を求め、ビーム品質測定可能なレーザーエネルギーの最低値について考察した結果、ラマン散乱光を測定して、従来のビーム品質測定法での結果と比較するには、光増幅を行うイメージインテンシファイアが必要であることがわかった。これに基づき、イメージインテンシファイアおよびその関連機器を購入し、計測システムの準備を進めている。

The purpose of this study is to collect light using high-efficiency high-power laser processing equipment such as processing equipment. The quality of the time, the fine particles produced during processing, the scattering of fine particles, the stray light, etc.ズの Impact を Suppression し, ビ ー ム を ら ず に non-contact でモニタリング できる, 大気中The phenomenon of scattering of atomic molecules has been established using the した measurement method. Last year, the optical department designed and prepared the measurement device for stray light measurement. Design of the Department of Optics Quality Measurement Standards International StandardsのビームウェイストでのSpace decomposition ability is 1/20 or lessとし、ビームウェイスト前After the のレイリーレンジの5 times the length of the さで発生した気 Body scattered light をmeasurement することとした. Straight direction of scattered light , 縦lateral magnification ratio is different and it is necessary to use it. The specifications mentioned above are determined by the magnification of the optical system, and the quality of the optical system can be measured by focusing the light and focusing distance. The CT method is used to calculate the line integral of the cross section and the line integral of the CT method. The incident light of each pixel, the wavelength of the scattered light, and the proportion of the optical systemるfold limitでdeterminationまるDecomposition energyがメージセンサのpicture elementsサイズlessで、Decomposition energyとF値にratioすIt is written that the depth of the world is the same as the light, the diameter is long, and the optical system is necessary. Designed by the Department of Optical Systems, Optoelectronics Numerical relationship, quality measurement possible, minimum value inspection The result of the test, the measurement of the scattered light of the ラマンを, the result of the quality measurement method of the したのビーム, and the comparison of the resultsるには, 光 increase width を行 うイメージインテンシファイアがessential であることがわかった.これに记づき、イメージインテンシファイアおよびそのThe related equipment has been purchased and the measurement and preparation has been carried out.

项目成果

気体散乱によるレーザービーム品質測定の光学系設計

利用气体散射测量激光光束质量的光学系统设计

• 发表时间: 2023
• 作者: 肥山核;原海知;宮崎浩一
• 通讯作者: 宮崎浩一